(57)【要約】      （修正有）【課題】ろう付け接合部腐食又はろう付け接合部欠陥が生じないろう付け方法を提供する。【解決手段】第１の部品１１０の第１の部分１１２が第２の部品１２０の第２の部分１２２の内側に嵌合するように構成されている。第１の部品１１０と第２の部品１２０を準備し、第１の部分１１２及び第２の部分１２２の１以上の上に非自溶性のろう付け合金１１６を予め配置し、第１の部分１１２及び第２の部分１２２の少なくとも１つを熱処理して、第１の部分１１２と第２の部分１２２との間に温度差を生じさせ、第１の部分１１２を第２の部分１２２中に挿入し、第１の部分１１２及び第２の部分１２２の少なくとも１つを加熱して非自溶性のろう付け合金を融解させる工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部品（１１０）の少なくとも第１の部分（１１２）が第２の部品（１２０）の第２の部分（１２２）の内側に嵌合するように構成された第１の部品（１１０）及び第２の部品（１２０）を準備し（３１０）、
第１の部分及び第２の部分の１以上の上に非自溶性のろう付け合金（１１６）を予め配置し（３３０）、
第１の部分及び第２の部分の少なくとも１つを熱処理して（３４０）、第１の部分と第２の部分との間に温度差を生じさせ、
第１の部分を第２の部分中に挿入し（３５０）、
第１の部分及び第２の部分の少なくとも１つを加熱して（３６０）非自溶性のろう付け合金を融解させる
ことを含み、第１の部分がろう付けによって第２の部分に接合される、ろう付け方法（３００）。
【請求項２】
非自溶性のろう付け合金（１１６）がＢＡｇ−１８合金である、請求項１記載のろう付け方法。
【請求項３】
熱処理工程（３４０）が、さらに、第１の部分を冷却して第１の部分を熱収縮させることを含む、請求項１記載のろう付け方法。
【請求項４】
冷却工程が第１の部分を窒素浴中に浸漬することによって実施される、請求項３記載のろう付け方法。
【請求項５】
熱処理工程（３４０）が、さらに、第２の部分を予熱して第２の部分を熱膨張させることを含む、請求項１記載のろう付け方法。
【請求項６】
予熱工程が誘導加熱によって実施される、請求項５記載のろう付け方法。
【請求項７】
予熱工程で第２の部分を約４００Ｆ〜約５００Ｆに加熱する、請求項６記載のろう付け方法。
【請求項８】
加熱工程が誘導加熱によって実施される、請求項１記載のろう付け方法。
【請求項９】
加熱工程で第１の部分及び第２の部分の少なくとも１つを約１２００Ｆ〜約１５００Ｆに加熱する、請求項８記載のろう付け方法。
【請求項１０】
さらに、加熱工程の後に清浄化工程を行わない、請求項１記載のろう付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載されている発明は一般にろう付けに関する。より具体的には、本発明は、ろう付けする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の発電機の電機子固定子バーは通常液体で冷却され、中実と中空の両方のストランドを含む個別に絶縁された導体の組合せを含有する。中空のストランドは、液体冷却剤を送り、電機子固定子バーの長さに渡って電流を流すために使用される。発電機連結リングを含むヘッダーは液密であって、電流を流すことができなければならない。このアセンブリは各電機子固定子バーの両端に付けられる。全ての配管は、発電機雰囲気の加圧水素から配管の内側の循環する冷却用流体中への水素の漏れに対して不浸透性であるべきである。
【０００３】
現在発電機で供用中のヘッダー及び連結リングは、電機子回路の固定子バー又は相リング（phase ring）間の電気接続として役立ち、また液体冷却剤を固定子バーに、そしてそこから移送するためのシールされたエンクロージャーでもある。従来のヘッダー及び連結リングは通常、固定子バーの両端で中空及び中実の両方のストランドにろう付けされる。従って、液体冷却剤はろう付けされた接合部と直接接触し、その結果ろう付け接合部腐食又はろう付け接合部欠陥により液体冷却剤の漏れが生じ得る。漏れを低減する公知の１つの方法はリンを含まないＢＡｇ合金を使用することである。しかし、この種の合金群は通例空気中でフラックスなしではろう付けすることができず、フラックス又は還元性雰囲気を使用することによるプロセス問題は配管の組み立て又は修復に対して主要な問題となる。この公知の方法においても、液体冷却剤の続いて起こる漏れは電機子の絶縁を損傷し得、高価な維持停止に至る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６５７７０３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、耐食性の接合部のための改良されたろう付け方法に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様では、ろう付け方法は、第１の部品の少なくとも第１の部分が第２の部品の第２の部分の内側に嵌合するように構成されている第１の部品と第２の部品を準備する工程、第１の部分と第２の部分の１以上の上に非自溶性のろう付け合金を予め配置する工程、第１の部分と第２の部分の少なくとも一方を熱処理して、第１の部分と第２の部分との間に温度差を作り出す工程、第１の部分を第２の部分内に挿入する工程、及び、第１の部分と第２の部分の少なくとも一方を加熱して非自溶性のろう付け合金を融解させる工程を含んでいる。第１の部分はろう付けによって第２の部分に接合される。
【０００７】
本発明の別の態様では、ろう付け方法は、第１の部品の少なくとも第１の部分が第２の部品の第２の部分の内側に嵌合するように構成されている第１の部品と第２の部品を準備する工程、第１の部分と第２の部分の１以上の上にリンを含まないろう付け合金を予め配置する工程、第１の部分を冷却して第１の部分を熱収縮させて、第１の部分と第２の部分との間に温度差を作り出す工程、第１の部分を第２の部分内に挿入する工程、及び第１の部分と第２の部分の少なくとも一方を加熱してリンを含まないろう付け合金を融解させる工程を含んでいる。第１の部分はろう付けによって第２の部分に接合される。
【０００８】
本発明のさらに別の態様では、ろう付け方法は、第１の部品の少なくとも第１の部分が第２の部品の第２の部分の内側に嵌合するように構成されている第１の部品と第２の部品を準備する工程、第１の部分と第２の部分の１以上の上に非自溶性のろう付け合金を予め配置する工程、第２の部分を予熱して、第２の部分を熱膨張させると共に第１の部分と第２の部分との間に温度差を作り出す工程、第１の部分を第２の部分内に挿入する工程、及び第１の部分と第２の部分の少なくとも一方を加熱して非自溶性のろう付け合金を融解させる工程を含んでいる。第１の部分はろう付けによって第２の部分に接合される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明のある態様に従って互いにろう付けされる前の２つの部品の簡略化した透視図である。
【図２】図２は、本発明のある態様に従って互いにろう付けされた後の２つの部品の簡略化した透視図である。
【図３】図３は、本発明のある態様に従うろう付け方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の１以上の具体的な態様／実施形態について、以下に説明する。これらの態様／実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施の全ての特徴を本明細書に記載しないことがある。あらゆる工学又は設計プロジェクトの場合と同様に、かかる実際の実施の開発に際しては、実施毎に変わり得る機械、システム及び業務に関連する制約の遵守のような開発者の具体的な目標を達成するために数多くの実施に特有の決定をしなければならないことが了解されよう。また、かかる開発努力は複雑で時間がかかるかもしれないが、それでも本開示を利用できる当業者にとっては設計、製作、製造において日常行うことであることが了解されよう。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する際、単数形態及び「前記」はその要素が１以上あることを意味する。用語「からなる」、「含む」、及び「有する」は包括的であり、示された要素以外の追加の要素があってもよいことを意味する。作動パラメーター及び／又は環境条件のいかなる例も、開示された実施形態の他のパラメーター／条件を除外するものではない。さらに、本発明の「１つの実施形態」、「１つの態様」又は「ある実施形態」若しくは「ある態様」の言及は、示された特徴を同様に包含する追加の実施形態又は態様の存在を排除するものと解すべきではないと了解されたい。
【００１２】
発電電動機械は、機械的エネルギーを電気エネルギーに、又はその逆に変換する機械と定義され、例えば、限定されることはないが発電機及びモーターがある。しかし、本発明はターボ機械にも応用可能であるものと了解されたい。
【００１３】
本明細書には、２つの部品を信頼できるやり方で接合するためのろう付け方法が記載される。ろう付けは、一般に、約８００°Ｆを超える適切な温度に加熱することにより、また接合しようとする材料の融点より低い融点を有する適切なろう付け合金を用いることにより合体が行われる接合プロセスとして定義される。
【００１４】
図１は、ろう付けによって互いに接合する必要がある２つの部品の簡略化した透視図である。これらの部品はパイプ、導管、又はその他気体又は流体を輸送するためのあらゆる要素であり得る。第１の部品１１０の一部分１１２は第２の部品１２０の一部分１２２の内側に嵌まるように構成されている。１つの例において、第１の部品１１０は第１の外径（例えば、１インチ）を有する銅パイプである。この例において、第２の部品１２０も銅パイプ又は銅フィッティングであり得、部分１２２は第１の部品１１０又は第１の部分１１２の外径とほぼ同じか又はそれより少し大きい内径を有し得る。例えば、第１の部品／部分が１インチの外径を有する場合、第２の部分１２２の内径は約１．００４インチ〜約１．００８インチであり得、その結果それらの隙間はそれぞれ約０．００２インチ〜約０．００４インチとなろう。これらの寸法は単なる代表例であり、あらゆる適切な部品寸法及び隙間を本発明の方法で使用し得る。
【００１５】
これら２つの部品１１０、１２０はろう付けによって接合することができ、接合部の部分は両方とも予め清浄化するべきである。高品質のろう付け接合部を得るために、これらの部品はぴったり嵌まらなければならず、母材金属は非常に清浄でなければならず、また酸化物を含んではならない。殆どの場合、最良の毛管作用及び接合強度のために、約０．００２インチ〜約０．００８インチの接合部隙間が推奨される。しかし、幾つかのろう付け作業において、この範囲より上又は下の接合部隙間を有するのが望ましいことがあろう。いかなる汚染も濡れ性（すなわち、溶加金属又はろう付け合金の流れ）を悪くし得るので、ろう付けする表面の清浄度も重要である。ろう付けする前に部品を予め清浄化するための２つの方法は、化学的清浄化、及び研磨性又は機械的清浄化である。機械的清浄化の場合、所定の表面粗さを維持するのが望ましいことがある。これは、粗い表面上への濡れが同じ幾何学の滑らかな表面よりずっと容易に起こるからである。
【００１６】
本発明の１つの態様に従って、リンを含まないろう付け合金（又はリンを含まない溶加金属）１１６を本ろう付け方法に使用し得る。非自溶性のろう付け合金１１６も使用し得る。例えば、ＢＡｇ−１８合金は銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）及びスズ（Ｓｎ）を含んでなり、約１１１５°Ｆの固相線点及び約１３２５°Ｆの液相線点を有する。ＢＡｇ−２４合金も使用し得、これは銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）及びニッケル（Ｎｉ）を含んでなり、約１２２０°Ｆの固相線点及び約１３０５°Ｆの液相線点を有する。その他の非リン系、リンを含まない又は非自溶性のろう付け合金も特定の用途で所望により使用し得るものと了解されたい。これらの種類の自溶性合金を用いるこのろう付け方法はフラックスなしの非リン系合金ろう付け方法ともいうことができる。
【００１７】
ろう付け合金１１６は接合しようとする部品の少なくとも１つの上に予め配置し得る。例えば、ろう付け合金は部品１１０上で接合部の領域（すなわち、部分１２２）に予め配置することができる。第２の部品１２０を予熱することにより熱処理して部分１２２の内径を熱膨張させることができる。この熱処理により、第１の部分と第２の部分との間に温度差が作り出される。例えば、第２の部品１２０は、誘導加熱によって約４００°Ｆ〜約５００°Ｆの温度に加熱し得る。この熱処理工程中加熱される部品の酸化を防止又は低減することが望ましいであろう。他の加熱方法（例えば、トーチ加熱、炉、炭素アーク、抵抗、等）及び上記範囲より上か又は下の他の温度範囲も、特定の用途において所望により使用し得る。第２の部品１２０が予熱され、部分１２２が熱膨張した後、第１の部品１１０を第２の部品１２０中に挿入することができる。
【００１８】
或いは、第１の部品１１０及び／又は第１の部分１１２を冷却によって熱処理して第１の部品１１０及び／又は第１の部分１１２を収縮又は縮小させることができる。この熱処理により、第１の部分と第２の部分との間に温度差が生じる。例えば、第１の部分１１２を窒素浴に浸漬し得る。この窒素浴は液体及び／又は固体の窒素、又はその混合物を含み得る。この態様で、窒素浴は第１の部分を縮小又は収縮させる一方で、酸化物の形成を低減する方法に利益をもたらす。金属を加熱する方法と比べて、低めの温度では、金属（例えば、銅）上の酸化物の形成が大幅に低減する（又は有効に排除される）。本発明の他の態様では、第１の部分の冷却と第２の部分の予熱を併せて使用して、２つの部品間に圧縮性のフィットアップを作り出すことができる。
【００１９】
これら２つの部品は圧縮性タイプのフィットアップを形成し、熱処理（相対的な膨張及び／又は収縮に至る）によって第１の部品１２０（部分１１２）の第２の部品１２０（部分１２２）中への挿入がより容易になる。ろう付け操作後、第２の部品１２０の冷却に際して、２つの部品間に機械的な接合が形成される。
【００２０】
加熱工程は両方の部品に対して行うことができ、これは誘導加熱又はその他適切な加熱方法（例えば、トーチ加熱、炉、炭素アーク、抵抗、等）によって実施することができる。２つの部品１１０、１２０（及び／又は部分１１２及び１２２）は約１２００°Ｆ〜約１５００°Ｆ、又はその他具体的な材料により必要とされる適切な温度範囲に加熱し得る。この加熱サイクルはろう付け合金を融解させ、このろう付け合金が毛管作用により接合部に沿って分布する。ろう付け合金は両方の部品を結合し、接合部におけるあらゆる望まれない漏れを防ぐシールを形成する。
【００２１】
図２は、本発明の１つの態様に従うろう付け方法の後の両方の部品の簡略化した透視図である。第１の部品１１０は第２の部品１２０内に挿入されており、両方の部品は接合部２３０によって互いに接合又はろう付けされている。
【００２２】
図３は、本発明の１つの態様に従うろう付け方法３００のフローチャートである。ろう付け方法３００は、第１の部品と第２の部品を準備する工程（工程３１０）を含み、ここで第１の部品の少なくとも第１の部分は第２の部品の第２の部分の内側に嵌まるように構成されている。また、この方法は、第１の部品の第１の部分及び第２の部品の第２の部分を予め清浄化する工程（工程３２０）、並びに、第１の部分及び第２の部分の１以上の上に自溶性のろう付け合金を予め配置する工程（工程３３０）、第１の部分及び第２の部分の少なくとも１つを熱処理して第１の部分と第２の部分との間に温度差を作り出す工程（工程３４０）を含んでいる。工程３４０は第１の部分を冷却すること及び／又は第２の部分を予熱することの１以上を含み得る。例えば、第１の部分を窒素浴内に浸すことによって第１の部分を冷却することができよう。別の例として、第２の部分を誘導加熱により加熱することができよう。この方法はまた、第１の部分を第２の部分内に挿入する工程（工程３５０）、及び第１の部分と第２の部分の少なくとも１つを加熱してろう付け合金を融解させる工程（工程３６０）を含む。方法３００は、ろう付けによって第１の部分を第２の部分に接合する。
【００２３】
方法３００はまた、第２の部分の内側に不活性ガスパージを提供するか又は接合部及び／又はあらゆる加熱又は予熱された要素を取り巻く領域に不活性雰囲気を提供する工程を含み得る。ろう付け合金はＢＡｇ−１８合金又はＢＡｇ−２４合金であり得る。熱処理及び／又は加熱工程は誘導加熱により実施し得、一方又は両方の部品、又はその部分は約４００°Ｆ〜約５００°Ｆに加熱し得る。加熱工程３６０も誘導加熱により実施し得、両方の部品は約１２００°Ｆ〜約１５００°Ｆに加熱するべきである。本発明により提供されるさらなる利点として、フラックス工程及び／又は予め清浄化する工程の前のフラックス工程を回避し得る。さらに、加熱工程後の清浄化工程も回避し得るので、加熱工程後に清浄化工程を実施する必要がない。しかし、所望であれば、清浄化工程を実施することができよう。
【００２４】
方法３００はまた、銅で作成された第１の部品１１０及び銅で作成された第２の部品１２０を準備する工程を含み得る。銅は、限定されることはないがタフピッチ銅、無酸素銅、及び銀入り銅を始めとする主として銅からなるあらゆる合金と理解されたい。第１の部分又は第２の部分の熱処理工程中の熱的な膨張又は収縮によって、第１の部分１１２と第２の部分１２２が温度平衡に達したときに第１の部分１１２と第２の部分１２２との間の圧縮フィッティング（又はフィットアップ）が得られる。
【００２５】
本明細書の説明では例を使用して、最良の態様を含めて本発明を開示し、また当業者があらゆる装置又は系の作成及び使用並びにあらゆる援用された方法の実施を含めて本発明を実施することができるようにした。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者には自明の他の例を包含し得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言から異なることのない構造要素を有するか、又は特許請求の範囲の文言と実質的に差のない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内に入るものである。
【符号の説明】
【００２６】
１１０  第１の部品
１１２  第１の部分
１１６  非自溶性のろう付け合金
１２０  第２の部品
１２２  第２の部分
２３０  接合部
３００  方法
３１０  準備工程
３２０  予備清浄化工程
３３０  予備配置工程
３４０  熱処理工程
３５０  挿入工程
３６０  加熱工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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